化工仪表及自动化-华东理工大学(精)
化工仪表及自动化课件1
第一章 自动控制系统基本概念
第一节 化工种仪表对生产过程中主要工艺参数进行测量、 指示或记录的部分。
作用 对过程信息的获取与记录作用。
图0-2 热交换器自动检测系统示意图
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化工仪表及自动化系统的分类
自动检测系统中主要的自动化装置
敏感元件
传感器
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第四节 过渡过程和品质指标
分析：过渡时间与规定的被控变量限制范围大小有关， 假定被控变量进入额定值的±2％，就可以认为过渡过程 已经结束，那么限制范围为200×（±2％）＝±4℃，这 时，可在新稳态值（205℃）两侧以宽度为±４℃画一区 域，上图中以画有阴影线的区域表示，只要被控变量进 入这一区域且不再越出，过滤过程就可以认为已经结束。 因此，从图上可以看出，过渡时间为22min。
积分、累积 安全
积分、累积 记录或打印 开关、联锁 传送 阀、挡板、百叶窗 套管 继动器或计算器 驱动、执行或未分类的终端执行机构
4
例题分析
1.图7-16所示为一水箱的液位控制系统。试画出其方块 图,指出系统中被控对象、被控变量、操纵变量各是什
么?简要叙述其工作过程,说明带有浮球及塞子的杠杆装
置在系统中的功能。
显示仪表
对被测变量 作出响应,把它 转换为适合测量 的物理量。
对检测元件 输出的物理量信 号作进一步信号 转换
将检测结果 以指针位移、数 字、图像等形式, 准确地指示、记 录或储存。
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化工仪表及自动化系统的分类
2.自动信号和联锁保护系统
对某些关键性参数设有自动信号联锁保护装置，是 生产过程中的一种安全装置。
图7-15 温度控制系统过渡过程曲线
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第四节 过渡过程和品质指标
化工仪表及自动化第四版答案(终极版)
工仪表及自动化 (自制课后答案终极版)1.什么是化工仪表与自动化？它有什么重要意义？答： 化工自动化是化工、 炼油、 食品、 轻工等化工类型生产过程自动化的简称。
在化工设备上， 配备上一些自动化装置， 代替操作人员的部份直接劳动， 使生产在不同程度上自动地进行， 这 种用自动化装置来管理化工生产过程的方法，称为化工自动化。
它的重要意义如下加快生产速度、降低生产成本、提高产品产量和质量。
减轻劳动强度、改善劳动条件。
能够保证生产安全，防止事故发生或者扩大，达到延长设备使用寿命，提高设备利用率、保障人 身安全的目的。
生产过程自动化的实现， 能根本改变劳动方式， 提高工人文化技术水平， 以适应当代信息技术 革命和信息产业革命的需要。
2.化工自动化主要包括哪些内容？答： ①自动检测系统， 利用各种仪表对生产过程中主要工艺参数进行测量、 指示或者记录的部份 ②自动信号和联锁保护系统， 对某些关键性参数设有自动信号联锁保护装置， 是生产过程中的 一种安全装置③自动控制及自动开停车系统 自动控制系统可以根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行 某种周期性操作。
自动开停车系统可以按照预先规定好的步骤,将生产过程自动地投入运行或者 自动停车。
④自动控制系统 对生产中某些关键性参数进行自动控制 ,使它们在受到外界干扰的影响而偏 离正常状态时,能自动地调回到规定的数值范围内。
3.闭环控制系统与开环控制系统有什么不同？答；开环控制系统不能自动地觉察被控变量的变化情况， 也不能判断控制变量的校正作用是否 适合实际需要。
也就是最本质的区别是闭环控制系统有负反馈。
开环系统中， 被控变量是不反 馈到输入端的。
闭环控制系统可以及时了解被控对象的情况， 有针对性的根据被控变量的变化 情况而改变控制作用的大小和方向，从而使系统的工作状态始终等于或者接近与所希翼的状态。
4. 自动控制系统主要由哪些环节组成？ 答：主要由测量与变送器 、自动控制器、执行器、被控对象组成。
《化工仪表及自动化》课程标准
《化工仪表及自动化》课程标准一、课程基本信息1.课程名称：化工仪表及自动化2.课程编码：3.适用专业：应用化工技术、煤化工技术4.课程学时：345.所属教学单位：化工学院二、课程性质与定位本课程是应用化工技术专业的专业基础课程，属于必修课程。
在整个专业人才培养方案中起到重要的基础和支撑作用，是帮助学生掌握生产工艺及设备控制操作的基础。
该课程从自动控制系统的基本概念入手，讲述自动控制系统的各个基本环节，包括被控对象、测量元件及变送器、显示仪表、自动控制仪表、执行器等；最后结合化工生产过程讲述几种典型常用仪表的使用与安装。
通过对本门课程的学习，应能了解化工仪表及自动控制的基本知识，理解自动控制系统的组成、基本原理及各环节的作用；能根据工艺要求，能了解化工对象的基本特性及其对控制过程的影响；能了解基本控制规律及其控制其参数与被控过程的控制质量之间的关系；能了解主要工艺参数（温度、压力、流量及物位）的基本测量方法和仪表的工作原理及其特点；在生产控制、管理和调度中，能正确地选用和使用常用的测量仪表和控制装置，使它们充分发挥作用；能在生产开停过程中，初步掌握自动控制系统的投运及控制器的参数整定；能在自动控制系统运行过程中，发现和分析出现的一些问题和现象，以便提出正确的解决方法。
通过本门课程及其先修课程的学习，取得化工总控工以及燃料检验工的相应技能证书，具备从事应用化工技术职业岗位的基本职业能力。
三、课程目标四、课程内容及学习任务设计1.课程整体设计五、考核与评价六、教学实施条件1.教学团队配备专兼职教师5人，其中双师型教师3 名，企业兼职教师2名，职称结构合理，分别负责依托校内实训室的理论实践教学，以及依托企业的实际工程案例教学，互补性强。
2.实践教学条件本课程采用“教、学、做”一体的教学方式，因此教室也是实训室，要求具有常用传感器、相应电子元件，电源、检测设备、并能容纳40人同时学习和实训的场地。
3.教材及主要参考文献高职高专规划教材《化工仪表及自动化》（第三版，厉玉鸣主编）4.其他条件《化工仪表及自动化》网络课程资源，包括电子教案、课件、部分教学视频、案例库、习题库等相关参考资料。
《化工仪表及自动化》第五版
《化工仪表及自动化》第五版厉玉鸣主编习题与思考题答案山东轻工业学院化学与制药过程学院应用化工技术专业叶宝庆第一章自动控制系统基本概念1.什么是化工自动化？它有什么重要意义？答:在化工设备上，配备上一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上自动地进行，这种用自动化装置来管理化工生产过程的办法，称为化工自动化。
实现化工自动化，能加快生产速度、降低生产成本、提高产品产量和质量、减轻劳动强度、保证生产安全，为逐步地消灭体力劳动和脑力劳动之间的差别创造条件。
2.化工自动化主要包括哪些内容？答:化工生产过程自动化，一般包括自动检测、自动操纵、自动保护和自动控制等方面的内容。
3.闭环控制系统与开环控制系统有什么不同？答：自动控制系统按其基本结构形式可分为闭环自动控制系统和开环自动控制系统。
闭环自动控制是指控制器与被控对象之间既有顺向控制又有反向联系的自动控制。
如图1-1 ( a)即是一个闭环自动控制。
图中控制器接受检测元件及变送器送来的测量信号，并与设定值相比较得到偏差信号，再根据偏差的大小和方向，调整蒸汽阀门的开度，改变蒸汽流量，使热物料出口温度回到设定值上。
从图1-1, (b)所示的控制系统方块图可以清楚看出，操纵变量(蒸汽流量)通过被控对象去影响被控变量，而被控变量又通过自动控制装置去影响操纵变量。
从信号传递关系上看，构成了一个闭合回路（a）（b）图1-1 闭环自动控制基本结构开环控制系统是指控制器与被控对象之间只有顺向控制而没有反向联系的自动控制系统。
即操纵变量通过被控对象去影响被控变量，但被控变量并不通过自动控制装置去影响操纵变量。
从信号传递关系上看，未构成闭合回路。
开环控制系统分为两种，一种按设定值进行控制，如图1-2 (a)所示。
这种控制方式的操纵变量(蒸汽流量)与设定值保持一定的函数关系，当设定值变化时，操纵变量随其变化进而改变被控变量。
另一种是按扰动进行控制，即所谓前馈控制系统，如图1-2 (b)所示。
化工自动化及仪表习题与标准答案-华理
《化工自动化及仪表》补充习题与答案1. 某物料加热后与添加料混合，工艺要求混合时物料温度θo 稳定，工艺采用改变换热器蒸汽流量Qs 来稳定罐内温度θo 。
影响θo 的因素有：阀前蒸汽压力Ps ，冷物料流量Qi 和温度θi ，环境温度θc 等。
1）画出温度控制系统的方块图；2）指出该控制系统的被控变量、操纵变量、被控对象及扰动； 3）若蒸汽阀前压力Ps 突然变大时，简述该系统的控制过程。
解：添加剂1）略2）罐内温度θo ；蒸汽流量Qs ；混合罐；阀前蒸汽压力Ps ，冷物料流量Qi 和温度θi ，环境温度θc3）Ps ↑→Qs ↑→θo ↑→ e ↑→ Qs ↓2. 图a 为流量控制系统，主要克服阀前压力P1波动来稳定流量Q1。
图b 是储槽液位控制系统，主要克服Q2流量变化的扰动，保持液位稳定。
1）指出两图中的各控制系统的被控变量、操纵变量、被控过程及主要扰动； 2）若采用图a图a 图b解：1)图a ：Q1；Q1；管道；P1图b ：h ；Q1；储液槽；Q1、Q22)前馈a ：开环控制，控制及时 b ：闭环控制，控制不及时 3．某换热器的温度控制系统（设定值是30℃）在阶跃扰动作用下的过渡过程曲线如图所示。
试分别求出衰减比、最大偏差、余差、回复时间。
30354575T/解：1）n='B B =35453575--=4 2）|e max |=|B+C |=B-r=75-30=453）e （∞）=r-y （∞）=30-35=-5 4）估测：32min4. 已知某换热器被控变量是出口温度θ，操纵变量是蒸汽流量Q 。
在蒸汽流量作阶跃变化时，出口温度响应曲线如图所示。
该过程通常可以近似作为一阶滞后环节来处理。
试估算该控制通道的特性参数K 、T 、τ。
4043解：1）放大系数=100-11040-43=0.32）时间常数的θ所对应的时间）3）纯滞后τ=1min5. 如果用K 热电偶测量温度，其仪表指示值是600℃，而冷端温度是65℃，则实际温度是665℃，对不对？若不对，正确值应为多少，为什么？ 解答：不对。
化工仪表及自动化全套课件完整ppt课件完整版(2024)
环保意识的提高将促使化工仪 表向绿色化方向发展，采用环
保材料和低能耗技术。
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02
自动化基础知识
2024/1/29
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自动化概念及原理
2024/1/29
自动化的定义
指机器设备、系统或过程（生产、管理过程）在没有人或较少人的直接参与下，按照人 的要求，经过自动检测、信息处理、分析判断、操纵控制，实现预期的目标的过程。
2024/1/29
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现场总线技术实践
2024/1/29
01 02 03
现场总线概述
现场总线是一种用于连接智能现场设备和自动化系统的全 数字、双向、多站的通信系统。它将传统的4-20mA模拟 信号传输方式转变为数字信号传输方式，提高了信号传输 的准确性和可靠性。
现场总线技术实践
在化工生产中，现场总线技术被广泛应用于设备间的通信 和数据传输。通过现场总线技术，可以实现设备间的实时 数据交换和远程控制，提高生产过程的透明度和可控性。
控制器
接收变送器输出的标准信号，与
设定值进行比较，得到偏差信号 ，并根据偏差信号的大小和方向
输出控制信号。
执行器
接收控制器输出的控制信号，动 作改变被控对象的参数。
测量元件
用于测量被控对象的各种工艺参 数，如温度、压力、流量等。
被控对象
需要实现自动控制的机器设备、 系统或过程。
2024/1/29
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易于维护
化工仪表需要定期维护和校准，因此需要具备易于维护的特 点。
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化工仪表发展趋势
智能化
随着人工智能技术的发展，化 工仪表将越来越智能化，能够 实现自适应控制、远程监控等
功能。
2024/1/29
《化工仪表及自动化》课程标准
课程标准《化工仪表及自动化》(化工机械与设备专业)负责人：李燕霞参与者：王小平、康文芬 2014年11月《化工仪表及自动化》课程标准【总学时】80【总学分】4【开设学期及周学时分配】第四学期，每周4学时【适用专业】化工机械与设备【教材】《化工仪表及自动化》（第三版），乐建波主编一、课程性质和任务1、课程性质本课程是我校化工机械与设备专业的核心课程与训练项目之一,是具体体现和实现本专业人才培养目标的重要课程之一。
化工仪表与自动化是以石油、化工、冶金、轻工等行业的自动化为背景,将化工原理、生产工艺与设备、仪表及自动化技术相结合的一门综合性的技术学科。
它应用自动控制学科、仪器仪表学科及计算机学科的理论与技术服务于化学工程学科。
通过本课程的学习，使化工工艺技术人员在了解和熟悉生产工艺的同时，具备相应的自动控制的知识。
本课程强调工程观点，提倡理论与实际的结合，着重对学生设计能力的训练及提高学生分析问题与解决问题的能力.2、课程任务本课程介绍常用化工仪表的基本常识、自动控制的基本规律和控制方法。
主要内容有：仪表的种类、控制方法、自控方案的制定等。
通过本课程的学习，使学生能够了解化工自动化的基础知识，初步掌握它们在化工中的基本应用，培养学生工程实践能力和创新能力，拓宽知识面，使学生掌握化工仪表及自动化的相关知识，具备化工生产过程中化工仪表及自动化设备管理和维护保养的初步能力，进一步提升学生的职业岗位综合能力和职业素养.二、课程设计本课程采用了综合化、模块化的设计方法，每个模块均采用了理论实践一体化的思路，力求体现“做中学”、“学中做"的教学理念;本课程内容的选择上降低理论重心，突出实际应用，注重培养学生的应用能力和解决问题的实际工作能力;本课程的内容组织形式上强调学生的主体性，在每个模块实施时，先提出学习目标，再进行任务分析，使学生在开始就知道学习的任务和要求，引起学生的注意，利于学生在任务驱动下,自主学习、自我实践。
《化工仪表及自动化》课程标准
《化工仪表及自动化》课程标准（课程代码：100005，适用专业：化工工艺、工业分析、有色冶炼石油炼制等专业）一、课程性质与任务本课程是专门为培养和培训工艺操作人员开设的综合性较强的一门专业课程。
课程任务是培养学生了解化工变量的测量方法，熟悉常用仪表的结构、原理和使用方法，掌握化工自动化的基础知识，了解集散型控制系统的基本概念，能协助仪表及自动化技术人员分析和解决仪表运行中的一些实际问题。
二、课程目标通过本课程的学习，使学生学会测量误差的分析与计算方法；理解生产过程中压力、液位、流量、温度四大参数检测的原理；熟悉常用检测仪表的工作原理及其适用场合和使用方法，掌握自动控制理论；掌握自动控制系统的组成、术语、品质指标等基本知识；了解自动控制系统的安装、投运与调试过程；了解复杂控制系统的组成及工作过程；能与相关人员进行专业技术方面的沟通交流。
（一）知识目标1.能了解主要工艺参数（温度、压力、流量及物位）的检测方法及其仪表的工作原理及特点；2.能了解化工自动化的初步知识，理解基本控制规律，懂得控制器参数是如何影响控制质量的；3.能为自控设计提供正确的工艺条件和数据；4.能在生产开停车过程中，初步掌握自动控制系统的投运及控制器的参数整定；5.能了解检测技术和控制技术的发展趋势和最新发展动态。
（二）能力目标1.能了解主要工艺参数（温度、压力、流量及物位）的检测方法及其仪表的工作原理及特点；2.能根据工艺要求，正确地选用和使用常见的检测仪表及控制仪表；3.能了解化工自动化的初步知识，理解基本控制规律，懂得控制器参数是如何影响控制质量的；4.能根据工艺的需要，和自控设计人员共同讨论和提出合理的自动控制方案；5.能为自控设计提供正确的工艺条件和数据；6.能在生产开停车过程中，初步掌握自动控制系统的投运及控制器的参数整定；7.能了解检测技术和控制技术的发展趋势和最新发展动态。
（三）素质目标1．对运用本课程专业知识从事相应工作，充满热情。
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代入：
可得：
t u (t ) K c A 1 TI
t u (t ) K c A 1 TI 5 0.5 0.2 1+ 2 0.35
所以： u(t) u(t ) u(0) 5 0.35=5.35(mA)
K
u 20 2 f 10
由作图可得 T 1.2 min （作图法会有偏差，所以 不绝对）, 1min （也是作图得到） 数学方程式为： d c(t ) 1.2 c(t ) 2 f (t 1) dt
q2/(m3/h) TT 内容器进水,q1 夹套进水,q2 ZK 50 电加热器 40 30 0 图a 1 2 图b 3 t/min 20 10 0 1 温度/℃ 2 3 t/min
t K Dt u (t ) K c A 1 ( K D 1) exp( ) TD TI t u (t ) K c A 1 TI
将已知 200%, T 2分, u(0) 5mA, e(t) 0.2mA, t=5 I 条件：
(4)
emax 90 40 50C, e() 40 50 10C
n 90 50 2 :1, 70 50
TS 28(5%)
（该值不绝对，因为取 值可为稳态值的2%~5%） (5)采用衰减曲线法来整定参数。采用PI控制规 律。加入积分作用后，可增大衰减比，如果不 够大，可适当增大。（整定规律和具体方法不 绝对，可有多种方法）
二、选择
例1：可编程控制器简称为
。
(1)CIMS
(2)CIPS
(3)PLC
(4)DCS
例2：广义对象不包括_________ 。 （1）控制器 （2）执行器 （3）变送器 （4） 对象本身
三、判断题（对“√”，错“×”） 例1、答案___ 积分控制能够消除余差。
例2、答案___ 微分控制对纯滞后有效。
例2：某台ห้องสมุดไป่ตู้ID控制器偏差为1mA时，输出表达式为
u 2 8et（t单位为分钟）。试问：
（1）这是什么控制规律？ （2）求出控制器各个控制参数。 （3）画出其开环输出特性图。
例3： 实验室某夹套反应釜通过可控硅电压调整器 （ZK）和电加热器控制夹套反应釜内容器的温度， 如图a。
q2/(m3/h) TT 内容器进水,q1 夹套进水,q2 ZK 50 电加热器 40 30 0 图a 1 2 图b 3 t/min 20 10 0 1 温度/℃ 2 3 t/min
（4）如果该温度控制系统原先稳定在40℃处。在某 个阶跃扰动下的过渡过程曲线如图c，试求出最 大偏差、余差、衰减比、回复时间。
T/℃
90 80 70 60 50 40 0 5 10 图c 15 20
25
t/min
（5）针对图c，如果要求将衰减比整定为4:1，且要 求消除余差，请说出你选用的控制规律以及整定 方法。
解：
（1）被控对象：夹套反应釜 被控变量：内容器的温度 操纵变量：可控硅电压 扰动： 内容器进水量q1
q2/(m3/h) TT 内容器进水,q1 夹套进水,q2 ZK 50 电加热器 40 30 0 图a 1 2 图b 3 t/min 20 10 0 1 温度/℃ 2 3 t/min
夹套反应釜
（ 2）
夹套反应釜
（1）指出本例中被控对象、被控变量、操纵变量 以及扰动。 （2）如果夹套进水量在t=0时产生一个阶跃信号， 夹套反应釜的温度对象近似为一阶滞后环节， 其变化情况如图b。试采用阶跃扰动法估算K、 T、τ，并写出数学方程式。 （3）请画出该夹套反应釜内温度控制系统的带检 测控制点的流程图以及方块图，并简要说明克 服扰动影响的控制过程。
例3、答案___ 现场总线是开放式、数字化、多 点通信的底层控制网络。
四、解答题
形式见补充习题。
例1：某台DDZ-Ⅲ型比例积分控制器，其比例度为 200%，积分时间为2分。稳态时，输出为5mA。某一 瞬间输入突然变化了0.2mA,试问经过5分钟后输出将 由5mA变化到多少？ 解：根据题意已知 200%, TI 2分, u(0) 5mA, e(t) 0.2mA, t=5 根据题意 及公式 可得：
总复习
第一部分：要求掌握的内容
具体见书。
第二部分：题型介绍及答题要求
一、填空
例1：串级控制系统有 个被控变量，有 回路 和 回路；其中 回路具有较强迅速的抗扰动 能力，其控制器正反作用选择是和 特 性有关。
例2：被控变量是指______________________ ， 操纵变量是指_________________________， 偏差是指_________________，被控对象是指 _____________________________________。
夹套反应釜
（3）夹套反应釜内温度控制系统的带检测控 制点的流程图如下：
TC
方块图如下：
q1 r e TC u ZK q 夹套反应釜 c(t)
TT
当某一扰动使得加套反应釜的温度升高 时，通过检测变送TT环节将测量值送回 输入端，并与设定值进行比较获得偏差e， 控制器按照一定的规律得到输出u，用以 调节可控硅的电压值，使得加套反应釜 的温度降低。（描述不绝对，只要答出 负反馈的消除过程即可）。